太阳能热泵烘干机恒温控制系统的设计与仿真
发布时间：2021-06-09 08:49
烘干机常用煤、电、天然气等燃料,物料烘干是一个巨大的耗能过程。研发利用太阳能、空气能等可再生能源的工业烘干设备,不但节能减排,还经济实惠。将太阳能集热和空气能热泵结合在一起的太阳能热泵烘干机,不但可以充分利用太阳能,达到最佳的节能效果,而且易于保证烘干工艺稳定性的要求。农作物种子等一些物料对烘干过程有较高的温度控制要求,一般要求烘干温度恒定在一个温度范围之内,既不损坏农作物种子的生物活性,又能实现稳定、高效的烘干过程。针对这一实际需求,本文研究太阳能热泵烘干机的恒温控制系统。本文的主要研究工作如下：1.太阳能与空气能热泵并联加热的农作物烘干机的方案设计。烘干机内采用封闭流动的纯净水作为传热介质,用储水箱来储存热能。太阳能热泵烘干机有三种烘干工作模式,即太阳能单独供热模式、空气能热泵单独供热模式和太阳能与空气能热泵同时供热模式。在太阳能单独供热的工作模式下,计算确定太阳能集热器的面积；参考广州的地理位置和太阳的辐射情况,选择太阳能集热器在不同季节的倾角值。在空气能热泵独立供热的工作模式下,计算热泵机组的功率、型号等具体参数。根据最大限度储存太阳能和保障烘干供热的要求,计算确定储热水箱的容...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 太阳能热泵烘干机的研究现状
1.2.2 农作物烘干机控制系统的研究现状
1.3 本文研究内容
第二章 太阳能热泵恒温烘干机结构设计与工作流程
2.1 太阳能热泵恒温烘干机系统组成及工作原理
2.1.1 太阳能集热器选型及面积和倾角计算
2.1.2 空气能热泵的选型
2.1.3 储热水箱设计
2.2 烘干工作流程分析
2.3 本章小结
第三章 太阳能热泵烘干机的模糊控制系统与优化算法的设计
3.1 基于Smith预估和模糊PID的太阳能热泵恒温烘干控制系统设计
3.1.1 隶属度函数的确定及模糊化
3.1.2 烘干机控制系统模糊PID控制规则的建立
3.1.3 解模糊化及变量参数输出
3.2 基于遗传算法的模糊控制算法
3.2.1 改进的大变异遗传算法
3.2.2 应用大变异遗传算法优化模糊控制的流程分析
3.3 基于大变异遗传算法优化的模糊控制在太阳能热泵恒温烘干系统的应用
3.3.1 太阳能热泵烘干控制系统目标函数的确定
3.3.2 算法优化太阳能热泵烘干控制系统的问题分析
3.3.3 遗传编码和初始种群的产生
3.3.4 大变异遗传算法优化太阳能热泵烘干机模糊控制器流程
3.4 本章小结
第四章 太阳能热泵恒温烘干控制系统的建模与仿真
4.1 压缩机频率对烘干室温度对象的传递函数
4.2 基于模糊控制工具箱的太阳能热泵烘干系统设计
4.3 遗传算法函数和关键参数设计
4.3.1 目标函数与个体适应度函数的转换
4.3.2 遗传算法运行参数确定
4.3.3 遗传算法编码串长度确定
4.4 优化结果分析
4.4.1 解的适应度进化过程
4.4.2 优化后隶属度函数及模糊控制规则
4.5 太阳能热泵烘干控制系统仿真研究
4.5.1 Smith预估模糊PID控制算法的仿真研究
4.5.2 应用大变异遗传算法优化的模糊Smith控制算法的仿真研究
4.6 本章小结
第五章 太阳能热泵恒温烘干控制系统的硬件设计
5.1 上位机设计
5.1.1 上位机串口通信及登录界面的设计
5.1.2 上位机运行的主界面设计
5.2 下位机设计
5.2.1 STM32处理器概述
5.2.2 检测电路的设计
5.2.3 驱动电路的设计
5.2.4 下位机显示模块及故障报警电路
5.2.5 通讯电路设计
5.2.6 下位机硬件系统整体连接图
5.3 本章小结
总结与展望
一. 总结
二. 展望
参考文献
攻读硕士期间科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能热水系统储热水箱温度分层的研究进展[J]. 张夏一,胡明辅. 节能技术. 2015(06)
[2]基于模糊PID的茶叶烘干机恒温控制系统研究[J]. 吴晓强,李亚莉,周红杰,赵永杰. 食品与机械. 2015(04)
[3]小型太阳能空气源热泵联合果蔬干燥系统研究与设计[J]. 冯道宁,孙健,李丽,盛金凤. 中国农机化学报. 2015(03)
[4]烘干温度与时间对不同收获期下水稻种子含水量和活力的影响及相关分析[J]. 陈新红,张安存,韩正光,吕宏飞,叶玉秀,周青. 西南农业学报. 2014(06)
[5]基于FPGA的矿山电能智能监控系统设计[J]. 孙前程. 科技视界. 2015(01)
[6]粮食水分结合能与热风干燥动力解析法[J]. 李长友,麦智炜,方壮东. 农业工程学报. 2014(07)
[7]太阳能辅助系统在粮食干燥中的应用研究[J]. 张春娥. 粮食加工. 2014(02)
[8]基于STM32的嵌入式测控系统设计[J]. 丁力,宋志平,徐萌萌,陶灿辉. 中南大学学报(自然科学版). 2013(S1)
[9]滚动转子式压缩机吸气状态与排气温度的实验研究[J]. 杨丽辉,陶乐仁,陶宏,范立娜. 制冷学报. 2014(02)
[10]DS18B20数字式温度传感器的使用方法介绍[J]. 姬忠勇. 科技信息. 2013(14)
博士论文
[1]谷物干燥过程模拟及测控新方法的研究[D]. 张立辉.吉林大学 2014
[2]基于自适应保持多样性遗传算法的汽车动力传动系多目标优化[D]. 程方晓.吉林大学 2011
硕士论文
[1]太阳能中温相变储热器热损失的研究[D]. 刘俊峰.合肥工业大学 2015
[2]混联式太阳能干燥设备优化及枸杞干燥工艺研究[D]. 姚思远.河北农业大学 2014
[3]隔板往复运动型双水箱热泵热水系统的设计及实验研究[D]. 孙玉阔.浙江大学 2013
[4]基于Smith预估器的模糊PID温度控制算法研究[D]. 张连会.哈尔滨工业大学 2012
[5]利用太阳能的干燥设备设计及试验研究[D]. 冯前前.新疆农业大学 2012
[6]基于遗传算法的模糊控制器设计及应用[D]. 常江.西北工业大学 2006
本文编号：3220272
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 太阳能热泵烘干机的研究现状
1.2.2 农作物烘干机控制系统的研究现状
1.3 本文研究内容
第二章 太阳能热泵恒温烘干机结构设计与工作流程
2.1 太阳能热泵恒温烘干机系统组成及工作原理
2.1.1 太阳能集热器选型及面积和倾角计算
2.1.2 空气能热泵的选型
2.1.3 储热水箱设计
2.2 烘干工作流程分析
2.3 本章小结
第三章 太阳能热泵烘干机的模糊控制系统与优化算法的设计
3.1 基于Smith预估和模糊PID的太阳能热泵恒温烘干控制系统设计
3.1.1 隶属度函数的确定及模糊化
3.1.2 烘干机控制系统模糊PID控制规则的建立
3.1.3 解模糊化及变量参数输出
3.2 基于遗传算法的模糊控制算法
3.2.1 改进的大变异遗传算法
3.2.2 应用大变异遗传算法优化模糊控制的流程分析
3.3 基于大变异遗传算法优化的模糊控制在太阳能热泵恒温烘干系统的应用
3.3.1 太阳能热泵烘干控制系统目标函数的确定
3.3.2 算法优化太阳能热泵烘干控制系统的问题分析
3.3.3 遗传编码和初始种群的产生
3.3.4 大变异遗传算法优化太阳能热泵烘干机模糊控制器流程
3.4 本章小结
第四章 太阳能热泵恒温烘干控制系统的建模与仿真
4.1 压缩机频率对烘干室温度对象的传递函数
4.2 基于模糊控制工具箱的太阳能热泵烘干系统设计
4.3 遗传算法函数和关键参数设计
4.3.1 目标函数与个体适应度函数的转换
4.3.2 遗传算法运行参数确定
4.3.3 遗传算法编码串长度确定
4.4 优化结果分析
4.4.1 解的适应度进化过程
4.4.2 优化后隶属度函数及模糊控制规则
4.5 太阳能热泵烘干控制系统仿真研究
4.5.1 Smith预估模糊PID控制算法的仿真研究
4.5.2 应用大变异遗传算法优化的模糊Smith控制算法的仿真研究
4.6 本章小结
第五章 太阳能热泵恒温烘干控制系统的硬件设计
5.1 上位机设计
5.1.1 上位机串口通信及登录界面的设计
5.1.2 上位机运行的主界面设计
5.2 下位机设计
5.2.1 STM32处理器概述
5.2.2 检测电路的设计
5.2.3 驱动电路的设计
5.2.4 下位机显示模块及故障报警电路
5.2.5 通讯电路设计
5.2.6 下位机硬件系统整体连接图
5.3 本章小结
总结与展望
一. 总结
二. 展望
参考文献
攻读硕士期间科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能热水系统储热水箱温度分层的研究进展[J]. 张夏一,胡明辅. 节能技术. 2015(06)
[2]基于模糊PID的茶叶烘干机恒温控制系统研究[J]. 吴晓强,李亚莉,周红杰,赵永杰. 食品与机械. 2015(04)
[3]小型太阳能空气源热泵联合果蔬干燥系统研究与设计[J]. 冯道宁,孙健,李丽,盛金凤. 中国农机化学报. 2015(03)
[4]烘干温度与时间对不同收获期下水稻种子含水量和活力的影响及相关分析[J]. 陈新红,张安存,韩正光,吕宏飞,叶玉秀,周青. 西南农业学报. 2014(06)
[5]基于FPGA的矿山电能智能监控系统设计[J]. 孙前程. 科技视界. 2015(01)
[6]粮食水分结合能与热风干燥动力解析法[J]. 李长友,麦智炜,方壮东. 农业工程学报. 2014(07)
[7]太阳能辅助系统在粮食干燥中的应用研究[J]. 张春娥. 粮食加工. 2014(02)
[8]基于STM32的嵌入式测控系统设计[J]. 丁力,宋志平,徐萌萌,陶灿辉. 中南大学学报(自然科学版). 2013(S1)
[9]滚动转子式压缩机吸气状态与排气温度的实验研究[J]. 杨丽辉,陶乐仁,陶宏,范立娜. 制冷学报. 2014(02)
[10]DS18B20数字式温度传感器的使用方法介绍[J]. 姬忠勇. 科技信息. 2013(14)
博士论文
[1]谷物干燥过程模拟及测控新方法的研究[D]. 张立辉.吉林大学 2014
[2]基于自适应保持多样性遗传算法的汽车动力传动系多目标优化[D]. 程方晓.吉林大学 2011
硕士论文
[1]太阳能中温相变储热器热损失的研究[D]. 刘俊峰.合肥工业大学 2015
[2]混联式太阳能干燥设备优化及枸杞干燥工艺研究[D]. 姚思远.河北农业大学 2014
[3]隔板往复运动型双水箱热泵热水系统的设计及实验研究[D]. 孙玉阔.浙江大学 2013
[4]基于Smith预估器的模糊PID温度控制算法研究[D]. 张连会.哈尔滨工业大学 2012
[5]利用太阳能的干燥设备设计及试验研究[D]. 冯前前.新疆农业大学 2012
[6]基于遗传算法的模糊控制器设计及应用[D]. 常江.西北工业大学 2006
本文编号：3220272
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3220272.html
